大约50亿年前，茫茫宇宙中一团巨大的气体尘埃由于互相碰撞，相互结合，形成了一个独特的太空体系，现在我们把它叫做“太阳系”。又过了大约三、四亿年，原始的太空星云分裂、坍缩、凝聚，首先是星子形成星胎，然后长大，成为原始的地球。原始地球几亿岁时，由于内部不断升温而形成了分层，其表面也出现了大气和海洋。那时候的大气与我们现在所知的大气圈成分是不一样的。由于紫外线辐射而生成了有机小分子，再形成有机高分子，进而演化为细胞，生命得以开始和进化。
由于自然选择和进化的作用，地球上出现了人类这一新的生物种类。人作为“万物之灵”，在许多方面是有缺憾的，论力气比不上虎、豹，论速度比不上鹿、兔，论灵活不如猿猴，飞不上天，也潜不入地。但是在千万年的生存竞争中，她却顽强地生存下来，并真正成了世界的主宰。这是因为人类具有思维、学习的能力，会把长期的生活经验、知识能力一代一代积累并传授下去，这种知识的扩大再生产过程就是科学研究组织过程。
在漫长的历史长河中，人类发明了——火、石器、蒸汽机、电。现在人们借助自己的发明创造、既可以飞上天，也可以潜入海底，还可以到别的星球上去探险。新技术的综合创新，工业、农业、科学技术的发展，使人类的数目不断增长起来，我们周围的一切——水、矿藏、原油、粮食、土地，都被我们极大限度地使用着，甚至超出了她们再生产的速度。地球，这个人类的母亲向自己的儿孙亮出了红灯：“能源危机”、“资源危机”、“人口危机”、“粮食危机”、“环境危机”。科学界把它们叫作“五大危机”。如何战胜这些危机，已经成为当今世界各国，各学科科学家们瞩目的焦点。各国政府也纷纷投入巨资，动用大量人力、物力来研究和解决这些问题。
“21世纪是生命科学的世纪”，作为生命科学重要支柱的生物工程，随着它的迅猛发展，必将成为解决这些危机的强大武器。
生物工程将使人类的未来如明天的太阳一样光辉、灿烂、多姿多彩。让我们满怀信心和憧憬奔向人类光辉的未来。
§§§第1节能源危机的克星
人们可能还记得几年前伊拉克入侵并吞并科威特，随后以美国为首的多国部队出兵解放科威特，并对伊拉克进行经济制裁的事件。一时间，炮声隆隆，飞机、舰艇、防空火炮粉墨登场，火箭、巡航导弹满天飞……这一切的背后隐藏着一个不便说出的原因，那就是盛产于中东的石油。
石油对于人类，特别是对于文明社会实在是太重要了。
因为汽车要跑，机器要开动，飞机要上天等等都离不开石油及其产品。
石油、煤和天然气等是人类利用的主要能源形式，叫“化石燃料”，是古生物遗骸在地下经数十万年的演变形成的，但是它的储量是有限的，正如我们在前面所谈到的，在不久的将来就会枯竭。
因此，人们必须寻找新的能源来代替它。其中生物体能量的开发利用作为一种重要再生能源备受青睐，它是人类取之不尽、用之不竭的巨大能量宝库！
当然我们不可能像阿里巴巴那样，叫声“芝麻开门”就能打开这诱人的绿色宝库，必须运用生物工程技术开发应用这些生物能源。
利用能源作物来生产乙醇
逢年过节，一家人团圆的时候免不了要喝酒，叫做“团圆酒”。其实酒的作用大着呢！酒中的主要化学物质叫乙醇，乙醇是可以燃烧的。因此，人们设想利用它来代替日益缺乏日渐昂贵的汽油。早在20世纪20年代，欧洲就曾在400万辆机动车上应用过酒精汽油混合燃料。据称，第二次世界大战中，德军的大部分汽车都是用土豆酒精作燃料的。
我们的祖先很早就知道利用糖和淀粉的发酵来产生酒精，在几千年前的古遗址里就发现过酵母的痕迹。现在人们广泛利用甘蔗和木薯的发酵作用来生产酒精，尤其是工业欠发达的国家和地区更热衷于利用本国的再生资源生产酒精。在巴西，80年代初乙醇产量已近4×106m3，1990年便达到18×106m3。
据说千分之三的耕地资源种酒精作物就足够满足巴西全国的汽油需求量。即使像美国、澳大利亚、瑞典、法国这些工业发达国家也正在开始大面积种植适合本国气候和土壤的“燃料作物”，用生物工程生产酒精或从农业、林业上的剩余物和废料来生产酒精。
科学家们还在研究，利用遗传工程产生更有效率的微生物，改进生物催化剂，优化工艺设计等。总有一天，生物工程生产出来的酒精将会成为“化石燃料”的代用品。
甲烷发酵
我国南方各省农村自古以来就有制备草塘泥的习惯，利用微生物来分解河泥或其他草料等有机物，制备沼气，也就是甲烷。甲烷是一种清洁、高能量的气体能源。产生甲烷的可能途径有如下几种：可以利用城市污水的厌氧消化来获取甲烷，又能部分地解决城市的污水处理问题；或者是利用农业上或城市居民区的废物来生产甲烷，还可以产生富含氨、磷酸盐、微生物细胞的废水和残渣，是很好的肥料、土壤团粒结构促进剂、甚至动物的饲料，而且还可将有毒的致病的废物转化为无毒害的物质；第三个途径是利用动物粪便产生甲烷，这种方法古已有之，在印度、巴基斯坦和我国都比较普遍。
生产甲烷作为主要的气体燃料还存在一些技术上的问题。如成本低密封好的发酵罐、气体贮存器、发酵的效率等等。这些妨碍了大规模、工业化的生产。但是科学家们注意到反刍动物的瘤胃是最有效、最复杂的产生甲烷的系统。它通过许多种类的细菌、原生动物和小型真菌间相互影响的复杂体系来产生甲烷。可以预见，一旦这种体系在工业规模上模拟成功，将是能源工业的一大喜讯。
来自生物的氢
一到假日，满街都飘着五颜六色的气球，气球里充满了一种叫氢的气体。
氢是一种优良的燃料，在火箭和航天器上都是液体氢作推进剂的。除了自然界存在的游离氢以外，用电解水也能产生H2和O2，但是成本太高，用作能源是不可能的。人们发现，大肠杆菌、梭状芽孢杆菌、甲烷菌、光合细菌和藻类都能产生氢气。在目前的技术水平下，氢的产率还很低，不能适应工业化生产，还需要解决以下三个问题：①寻找产H2能力强，受别的因素影响少的产量稳定的微生物；②把氢化酶或固氧酶的基因移入具有强光合作用能力而无产氢能力的微生物中去；③用人工组合叶绿素利用光合作用过程产生大量氢气。获得大量低成本的、纯净的氢气是指日可待的。
“化石燃料”来源于生物，人们也终将在生物界里解决能源危机。尤其是新兴能源的易再生性、无污染性，将使其无可争议的成为解决“能源危机”
的最终手段。1992年国际第16届能源会议也提出了“能源与生命”的主题。
§§§第2节又是一重“艳阳天”
俗话说“民以食为天”，这句话也恰如其分地表达了人类与食品之间的关系。由于世界人口的过度增长带来的第一个恶果是粮食供给不足。很多发展中国家，特别是非洲国家，粮食增长速度赶不上人口增长速度，人均食物消费水平极低，而且还在继续下降。如果没有合适的解决途径，饥饿将严重威胁非洲及一些欠发达地区，并将威胁到整个人类的生存。对于这个紧迫的问题，生命科学家们作出了响亮的回答：我们将开创又一重艳阳“天”。
女娲补“天”
古时候传说，不周与共工二神因为不和而争斗起来，结果不小心把天给打破了。有一个女娲神，便用自己的智慧和勤劳将破了的天修补好，人类才得以继续生存和繁衍，这当然是神话文章。而今粮食这块人民的“天”，却真正需要科学家们用智慧和劳动去补了，这就是绿色革命。有一个国际研究机构叫国际玉米和小麦改良中心。他们利用日本“农村10号”矮化基因的品系，与抗锈病的墨西哥小麦进行杂交，育成了“皮蒂克”、“盘加莫”、“索诺拉64”等30多个矮秆、半矮秆品种。它们由于个头矮，具有抗倒伏的优点，同时也具有抗锈病、高产等优点。
上述品种在发展中国家迅速推广开来。如墨西哥从1964年推广矮秆小麦，短短三年就达到了年产20O万吨，粮食产量提高5倍之多。再如印度引进这些品种后，1966年到1980年粮食总产从7235万吨骤增至15237万吨，翻了一番，除满足本国需要外，还大量出口。
在我国科研工作者的辛勤劳动下，绿色革命也取得显著成效。1956年我国开始起步这方面的研究开发工作，1965年使亩产早籼从200—250千克提高到300—350千克，随后杂交水稻的选育和推广又取得了划时代的巨大成就，杂交水稻栽培面积由1976年的225万亩扩大到1990年的23892万亩，全国水稻平均亩产由232千克增至328千克。
如果能把粮食作物、经济作物像酿酒那样在发酵罐里大量培养就好了。
其实早在1939年就有人从某些植物里分离少量细胞进行人工培养，使其成活下来，50年代科学家已能通过细胞培养获得完整的植物。在培养基中，细胞可以有很快地生长速度，甚至可以像对待微生物那样，先在锥形瓶中生长，再转移至大的发酵罐中去。这种方法还使人们可以从单细胞培养出无性繁殖系，让它具有的优良品质充分发挥出来。
农民们常说：“庄稼一枝花，全凭肥当家”。可见农业生产中肥料的重要性。在植物生长所需的营养成分中，氮是很重要的。大家知道，空气中五分之四是氮气，但是氮素必须与其他氢、碳、氧结合才能为植物吸收和利用。
而化学方法制备的氮肥成本高。由于能源危机，更使其生产愈加困难，许多发展中国家无力购买和使用更多氮肥，因而加剧了世界粮食的短缺。后来科学家发现大豆这一类豆科植物不需要施加氮肥也能生长得很好，它们自己也会吃氮气吗？进一步的研究表明，是一些固氮微生物在帮它们的忙，是这些微生物和大豆的根生活在一起所致。现在，科学家们已经分离出大豆根瘤菌的固氮基因，把它们加到水稻、小麦中去，这样一来，水稻与小麦就无需人工施氮肥了。
随着人们生活水平的提高，对蛋、肉、奶的需求越来越多。科学家们想出了一个办法，让奶牛们多生孩子，并给它注射一种叫生长激素的东西，使产奶量提高15—20％，还有人把生长激素注入45千克重的猪中，90天以后竟增至94千克，而且瘦肉比例还大大增加，看来吃肉、喝奶也少不了生物工程技术帮忙。
顶“天”立地的好汉
随着科学技术的提高，不仅要能吃饱，而且要吃好，为此，人们提出了“健身食品”、“生理活性食品”、“健脑食品”等等，其中最著名的是“脑黄金”——22碳六烯酸（DHA）。英国脑营养学家迈克尔·克罗夫特教授认为，“脑黄金”的缺乏会造成大脑发育障碍。后经日、美等多国科学家的大量研究，实验表明，DHA参与胎儿脑细胞的生长发育，使婴儿先天聪明，可提高青少年的记忆能力，还可以调节血脂，防治动脉硬化，而且对预防心脑血管病，抑制肿瘤也有一定作用。我国一家中外合资的有限公司，直接从鱼头中提取DHA鱼油胶丸，北京一家科技公司研制的鱼脑精口服液，都进入了国际市场，其DHA、EDA（20碳五烯酸）含量均高于国外同类产品。
还有两种分别生活在淡水、海水中的单细胞藻类，富含营养成分和维生素。其中淡水藻生长快，海水藻能合成人体必需的DHA、EDA。科学家们把这两种藻类通过细胞融合获得“杂种藻”，把它作饲料喂鸡，可得到富含DHA的鸡蛋，日本产业界还用作制造面包的添加剂，生产益智的色香味俱全的高级藻类面包。
开“天”辟地的先锋
尽管科学家们想了很多办法增加粮食产量，但人口的急剧增长问题，还不能在很短时间内获得解决。据世界粮食咨询组织FAO宣布，全世界至少有25％的人口现在遭受饥饿和营养不良，今后尤其在人口增长最快的发展中国家将会更多。很显然，传统的农业不大可能最终解决这个问题——提供足够的食物，特别是充足的蛋白质来满足人类的需要。人们需要寻找新的蛋白质来源。目前，新的农业技术正在推广，高蛋白谷物已经出现，大豆和花生栽培面积正在扩大，尤其值得一提的是以微生物生产蛋白质的研究领域——被称之为单细胞蛋白质生产（SCP）。其实我们大家都吃过蘑菇，它就是一种大家广泛接受的微生物食品，只是大家司空见惯，现在突然要大家吃别的微生物可能难以接受。在很多国家早就用石油衍生物、汽油、甲醇、稻草、日常垃圾、污水等生产单细胞蛋白用作猪、牛、羊的饲料，已经节约了大量的粮食，因为饲养和培育动物大约需要3—10千克谷物才能生产1千克肉。有人做了一个有趣的比较：250千克重的母牛一天可增加200克蛋白质，而250克微生物生产蛋白质的能力却是惊人的，为250吨。
虽然现在这些研究还困难重重，但随着基础研究和应用开发的进一步发展，人们总有一天能够造就出强有力的工程菌株，它们能一步把各种原料转化为水溶性糖类，生产出可供人们食用的美味单细胞蛋白。
§§§第3节.再造一个地球